玻璃纖維布及碳纖維布增強酚醛環氧樹脂復合材料性能研究

周志宏　吳娜

摘要：纖維增強復合材料簡稱FRP，這種材料中有較大的強度和較良好的耐久性，這是其他材料都無法比擬的。碳纖維增強環氧樹脂復合材料相比其他材料具有較好的耐高溫、耐腐蝕、質量輕等特點。文章對玻璃纖維布及碳纖維布增強酚醛環氧樹脂復合材料性能進行了研究。

關鍵詞：玻璃纖維布；碳纖維布；復合材料；力學性能；纖維復合材料 文獻標識碼：A

中圖分類號：TQ050 文章編號：1009-2374（2017）10-0039-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.10.019

纖維復合材料，簡稱FRP，因其較大的強度和較良好的耐久性，獲得了材料學界的廣泛關注，其中碳纖維增強環氧樹脂復合材料具有其他材料都沒有的良好的耐高溫和耐腐蝕性，作為玻璃鋼一大分支的玻璃纖維增強環氧樹脂復合纖維，比重小，比強度高是它的一大優點，良好的耐化學性使它的可使用范圍更加廣泛。另外，碳纖維增強環氧樹脂復合纖維和玻璃纖維增強環氧樹脂復合纖維都具有質量輕和力學性能優良的特點，在當下材料短缺的現狀下，如果能將這些材料應用于各行各業中，將會降低部分產品的高成本，解決原料短缺的問題，促進材料學以及社會經濟的一大發展。

1 碳纖維增強環氧樹脂復合材料

1.1 碳纖維的發展歷程

碳纖維作為一種無機高分子化學材料，主要組成元素是碳元素，碳纖維是一種纖維狀碳化合物，是在惰性氣氛和高溫條件下有機纖維碳化而形成的，有纖維、布料等多種形式，也有多種分類，按照其力學性能的不同，可以分為高強度、超高強度等，根據其元素的不同可分為纖維素基、酚醛基和瀝青基等，碳纖維主要是在復合材料中充當增強材料，根據不同的基體材料以及復合方式可以達到不同的效果。碳纖維復合材料具有較好的耐高溫性和耐疲勞性。很久以前，就有很多科學家從碳纖維入手，成功制備了力學性能較好的黏膠基碳纖維和聚丙烯腈基碳纖維，后來，碳纖維的應用范圍不斷擴大，在運動領域、航空、人造衛星等多個領域都有其應用。

1.2 碳纖維增強環氧樹脂復合材料的力學性能

通過查閱資料我們可以知道，碳纖維力學性能非常好，相比其他材料來說，碳纖維的抗拉強度和彈性模量都比其他纖維高出不少。

為了研究成型壓力對其拉伸性能的影響，我們進行了一系列實驗，運用控制變量法，選取成分含量相同的樹脂溶液，使用相同的碳纖維單向布，改變成型壓力，制備不同的碳纖維增強環氧樹脂好復合材料，通過壓力測試，對不同的碳纖維復合材料拉伸性能做出評價。最后試驗結束，在拉伸的過程中，不同的成型壓力的復合材料會出現不同的斷裂程度，因此我們能夠得到下列結論，增加復合材料的成型壓力可以在一定范圍內增加復合材料的拉伸程度和彈性模量，這說明在一定的范圍內，成型壓力的適當增加對樹脂基體對纖維的浸潤程度有促進作用，可以提高樹脂與纖維之間的粘合性，因此復合的效果也就越好，材料的拉伸性能也就越高。

2 玻璃纖維增強環氧樹脂復合材料

2.1 玻璃纖維的發展歷程

玻璃纖維制品被廣泛應用在各行各業，它是一種具有較高性能的無機非金屬材料，具有較好的耐熱性和耐腐蝕性，主要成分是二氧化硅，根據其形態和長度可分為連續纖維、定長纖維和玻璃棉，根據玻璃中堿的含量可以分為無堿玻璃纖維、中堿玻璃纖維和高堿玻璃纖維，因為其良好的絕緣性和耐熱性，常作為電絕緣性材料和保溫材料出現在我們的生活中。玻璃纖維和碳纖維一樣，常作為增強材料，被廣泛應用在各個領域。玻璃纖維是玻璃鋼的一種因此它的性能較鋼的性能要高出許多。玻璃纖維作為增強材料，其中最出名的就是玻璃纖維增強環氧樹脂復合材料，環氧樹脂是一種性能優良的熱固性樹脂，與其他不聚酯樹脂相比較，力學性質更優良，點絕緣性能越高，耐化學藥品性、耐熱性以及粘合性能也越好，當環氧樹脂與玻璃纖維形成復合材料時，由于它較強的粘結性，因此可得到較高的界面剪切強度，復合材料使環氧樹脂本就優良的力學性質耐化學性得到更好的發揮。

2.2 玻璃纖維增強環氧樹脂復合材料的力學性能

通過下表中玻璃纖維與鋼性能的對比可以知道，玻璃纖維具有很好的力學性質，因此，它是一種較好的復合材料中的增強材料。

玻璃纖維是單項排列在樹脂基體內的，所以當纖維含量達到一定值時，當外力通過樹脂基體作用到纖維上時，由于各向異性的影響，外力的作用方向會發生改變，開始沿著纖維取向的方向發展，在一定程度上使力的作用發生分散，從而對復合材料的破壞程度降解到最低，提高了復合材料的力學性能，但是當復合材料中纖維材料含量過多時，部分纖維很難被樹脂基體完全浸潤，造成材料中許多結合界面結合力減弱，當外力作用到材料上時，力的傳遞失去了它本應有的效果，從而使材料的性能下降。

3 結語

經過多年的發展，我國的復合材料也躍居世界前位，但在很多領域我們或許對碳纖維以及玻璃纖維增強環氧樹脂復合材料的研究還有很多缺陷。碳纖維以及玻璃纖維增強環氧樹脂復合材料的耐腐蝕性、絕緣性、耐化學性以及耐熱性相比之其他材料都是非常優良的，由于其剛性好、強度高，因此可以廣泛應用于航天航空以及運輸領域，對這些優良性能材料的開發可以有效降低產業開發所需的高成本和能源短缺的嚴重問題，所以，總的來說，這些新型材料的發展在未來的高新產業肯定會有美好前途，會產生大的作為。

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（責任編輯：黃銀芳）